DE3123332A1 - "METHOD AND DEVICE FOR GAS-FREE ION PLATING" - Google Patents
"METHOD AND DEVICE FOR GAS-FREE ION PLATING"Info
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- C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
Description
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Ionenplattierung, insbesondere auf ein verbessertes gasfreies Ionenplattierunguverfahren sowie eine Vorrichtung.The invention relates generally to ion plating, particularly to an improved gas-free ion plating process as well as a device.
Die Ionenplattierung wird in der Technik mehr und mehr bekannt. Dieses Verfahren hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, weil das Plattierüngsverfahren dreidimensional ist und die gleichmäßige Plattierung eines Substrats von praktisch jeder beliebigen Form oder Gestalt mit dem Plattierungsmaterial gestattet. Durch Anwendung einer gasfreien Ionenplattierung kann meist jede beliebige Materialart, sowohl leitend als auch nichtleitend, plattiert werden, ohne daß nennenswerte Veränderungen der Plattierungsparameter erforderlich wären. Ferner hat sich die Anhaftung zwischen dem plattierten Material und dem Substrat als gegenüber der mit anderen Plattierüngsverfahren erreichbaren weit überlegen erwiesen.Ion plating is becoming more and more popular in the art. This procedure has proven to be particularly advantageous because the plating process is three dimensional and the even plating of a substrate is practically everyone any shape or shape permitted with the cladding material. By using gas-free ion plating, mostly any type of material, both conductive and non-conductive, can be plated without any appreciable changes in the plating parameters. Furthermore has the adhesion between the clad material and the substrate than achievable with other plating processes proved to be far superior.
Bekannte gasfreie Ionenplattierungsverfahren wie beispielsweise das in dem US-Patent 4 039 416 von White offenbarte, richten sich auf die Ausführung des Ionenplattierungsverfahrens in einer evakuierten Kammer, in welcher das zu plattierende Substrat unterzubringen ist. Das Substrat wird zunächst in die Kammer eingebracht und danach die Kammer evakuiert. Innerhalb der Kammer befindet sich eine Plattierungsquelle mit dem Plattierungsmaterial und Einrichtungen zum Erwärmen und Verdampfen des Plattierungsmaterials. Eine solche Plat-Known gas-free ion plating processes, such as that disclosed in U.S. Patent 4,039,416 to White, focus on performing the ion plating process in an evacuated chamber in which the substrate to be plated is to be accommodated. The substrate is first introduced into the chamber and then evacuated the chamber. A plating source is located within the chamber with the plating material and means for heating and vaporizing the plating material. Such a platform
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tierungsquelle ist in dem US-Patent 4 016 389 von White ausführlich beschrieben und wird als eine hochgradige Ionenplattierungsquelle bezeichnet. Diese Quelle enthält einen Tiegel, in welchem das Plattierungsmaterial angeordnet ist, und eine um den Tiegel herum gewundene Spule. Der Mittelpunkt der Spule ist an das Erdpotential angeschlossen, und die Spulenenden sind an eine Wechselstromenergiequelle angeschlossen. Die Energiequelle und die Spule erwärmen den Tiegel, um das Plattierungsmaterial zu schmelzen, zu verdampfen und teilweise zu ioniesiercn. Reference source is detailed in U.S. Patent 4,016,389 to White and is referred to as a high grade ion plating source. This spring contains a crucible in which the plating material is placed, and a coil wound around the crucible. The center of the coil is connected to the ground potential and the coil ends are connected to an AC power source. The energy source and the coil heats the crucible to melt, vaporize, and partially ionize the plating material.
Während der Verdampfung des Plattierungsmaterials erzeugt eine an das zu plattierende Substrat gelegte Hochfrequenzenergieque.lle ein Plasma von positiv geladenen Plattierungsionen aus dem verdampften Plattierungsmaterial um das Substrat herum. Auf dem Substrat wird eine negative Gleichstromvorspannung entwickelt, und zwar entweder durch Anlegen einer negativen. Gleichstromspannung unmittelbar an das Substrat, falls es sich um ein leitendes Substrat handelt, oder, falls es sich um ein nichtleitendes Substrat handelt, durch Ausnutzung des automatischen Vorspannungseffekts des Substrats aufgrund des Hochfrequenzfeldes innerhalb der Kammer. Die negative Vorspannung auf dem Substrat verursacht eine Beschleunigung der positiven Plattierungsionen in Richtung auf das Substrat zum Plattieren des Substrats.During the evaporation of the plating material, a source of high frequency energy applied to the substrate to be plated generates a plasma of positively charged plating ions the vaporized plating material around the substrate. A negative DC bias is developed on the substrate, either by creating a negative. DC voltage directly to the substrate, if it is a conductive substrate, or if it is a non-conductive one Substrate acts by taking advantage of the automatic biasing effect of the substrate due to the high frequency field inside the chamber. The negative bias on the substrate causes the positive plating ions to accelerate towards the substrate for plating the substrate.
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Während gasfreie Ionenplattierungsverfahren der oben beschriebenen Art sich als äußerst brauchbar erwiesen haben und Vorteile gegenüber anderen Plattierungsverfahren zeigen, bleibt doch noch viel Raum für Verbesserungen zur Ausführung derartiger Verfahren auf der Grundlage einer Massenproduktion. Beispielsweise haben bekannte gasfreie Ionenplattierungsverfahxen eine elektrischeIsolierung des Substrats und der Substratlagereinrichturig.en gegenüber jeglichen Teilen der vorzugsweise an das Erdpotential angeschlossenen Kammer verlangt, um die Gefahr eines elektrischen Schocks auszuschalten, der das Bedienungspersonal sonst ausgesetzt wäre. Wie ersichtlich, ist eine derartige elektrische Isolierungs erforderlieh, da die Hochfrequenzenergie und eine negative Gleichstromspannung direkt an die Substratlagereinrichtung gelegt werden.During gas-free ion plating processes described above Art have proven to be extremely useful and show advantages over other plating methods, but still remains much room for improvement in carrying out such processes on a mass production basis. For example Known gas-free ion plating processes have electrical insulation of the substrate and the substrate storage facility against any parts of the chamber, which is preferably connected to earth potential, to avoid the danger electrical shock to which the operating personnel would otherwise be exposed. As can be seen, one of these is electrical insulation required because of the high frequency energy and a negative DC voltage is applied directly to the substrate storage device.
In Massenproduktionsanlagen ist es wünschenswert, die Orientierung der Substrate während des Plattierungsverfahrens zu verändern, um eine Plattierung des gesamten Substrats mit einer gleichmäßige Dicke sicherzustellen. Dies wird allgemein durchgeführt durch Drehen der einzelnen Träger, auf denen die Substrate ruhen. Da die Substrate von der Kammer oder jeglichem Abschnitt derselben elektrisch isoliert sein müssen, sind speziell isolierte Lagerelemente erforderlich, um die notwendige Bewegung der Substrate bei Aufrechterhaltung der erforderlichen elektrischen Isolierung zwischen dem Substrat und jeglichem Abschnitt der Kammer zu gewährleisten. AußerdemIn mass production plants it is desirable to have the orientation of the substrates to change during the plating process to a plating of the entire substrate with a ensure uniform thickness. This is generally done by rotating the individual supports on which the Rest substrates. Since the substrates must be electrically isolated from the chamber or any portion thereof specially insulated bearing elements required to provide the necessary Movement of the substrates while maintaining the required electrical isolation between the substrate and every section of the chamber. aside from that
ist zum Aufbringen der erforderlichen negativen Gleichstromspannung auf die Substrate ein Kommutatorring verwendet worden. Der Kommutatorring ist an das erforderliche Hochfrequenzsignal und die negative Spannung und an die einzelnen Substrate durch eine Schleifverbindung angeschlossen. Dies System kann eine intermittierende Beaufschlagung verursachen und verbraucht wertvollen Raum innerhalb der Kammer. Außerdem schaffen die aufgrunddessen erforderliche Hindurchführung von Energie in die Vakuumanlage hinein sowie die extrem hohe Anzahl benötigter beweglicher Teile die Möglichkeit einer Fehlfunktion oder eines Versagens.is used to apply the required negative DC voltage a commutator ring has been used on the substrates. The commutator ring is connected to the required high frequency signal and the negative voltage and connected to the individual substrates by a sliding connection. This system can cause intermittent loading and use up valuable space within the chamber. Besides, they create due to this, the necessary passage of energy into the vacuum system as well as the extremely high number required moving parts have the possibility of malfunction or failure.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung eines neuen und verbesserten gasfreien Ionenplattierungsverfahrens sowie einer entsprechenden Vorrichtung.The object of the invention is therefore to provide a new and improved gas-free ion plating process and a corresponding device.
Ein besonders Merkmal der Erfindung besteht in der Schaffung eines solchen Verfahren und einer Vorrichtung, bei denen eine elektrische Isolierung zwischen den zu plattierenden Substraten und jeglichem Kammerabschnitt nicht erforderlich ist.A particular feature of the invention is to provide such a method and apparatus in which a electrical insulation between the substrates to be plated and any chamber section is not required.
Bei dem verbesserten gasfreien Ionenplattierungsverfahren wird das elektrische Feld innerhalb der Kammer zur Beschleunigung der positiv geladenen Plattierungsionen in Richtung auf die Substrate durch Entwicklung einer positiven Gleichstromvorspannung auf der Plattierungsquelle erzeugt.In the improved gas-free ion plating process, the electric field within the chamber is used for acceleration of the positively charged plating ions towards the Substrates by developing a positive DC bias generated on the plating source.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Schaffung eines derartigen gasfreien lonenplattierungsverfahrens, bei welchem eine Hochfrequenzenergie an die Plattierungsquclle gelegt wird, im Gegensatz zum Anlegen dieser Energie an die Substrate, um dadurch die bisher erforderlichen Kommutatorringe oder dergleichen auszuschalten.Another feature of the invention is its creation such a gas-free ion plating process which high frequency energy is applied to the plating source is, in contrast to the application of this energy to the substrates, thereby eliminating the commutator rings that were previously required or the like off.
Die Erfindung schafft daher ein Verfahren zum lononplaLtiercn eines Substrats mit einem Plattierungsmaterial innerhalb einer Kammer, welches die folgenden Schritte enthält: Evakuieren der Kammer, Verdampfen des Plattierungsmaterials in der evakuierten Kammer von der Plattierungsquelle aus, Anlegen einer Hochfrequenzenergie an die Plattierungsquelle zur Erzeugung eines Plasmas von Plattierungsionen um das Substrat herum, sowie Entwickeln einer positiven Gleichstromvorspannung auf der Plattierungsquelle.The invention therefore creates a method for ion plating a substrate with a cladding material within a chamber comprising the steps of: evacuating the Chamber, vaporizing the plating material in the evacuated chamber from the plating source, applying radio frequency energy to the plating source for generating a plasma of plating ions around the substrate, and Develop a positive DC bias on the plating source.
Die Erfindung schafft ferner ein neues und verbessertes Verfahren zum Ionenplattieren einer Anzahl Substrate innerhalb einer Kammer mit einem Plattierungsmaterial, bei welchem ein elektrisches Feld zwischen den Substraten und der Plattierungsquelle zur Beschleunigung positiver Plattierungsionen in Richtung auf die Substrate zu erzeugt wird, unter Ausschaltung der bisher erforderlichen elektrischen Isolierung zwischen der Substratlager einrichtung und jeglichem Abschnitt der Kammer. The invention also provides a new and improved method of ion plating a number of substrates within one Chamber with a plating material in which an electrical Field between the substrates and the plating source to accelerate positive plating ions towards the substrates to be generated, eliminating the previously required electrical insulation between the substrate storage device and any portion of the chamber.
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Das Verfahren enthält die folgenden Schritte: Evakuieren der Kammer, Verdampfen des Plattierungsmaterials in der evakuierten Kammer von der Plattierungsquelle her, Anlegen einer Hochfrequenzenergie an die Plattierungsquelle zur Bildung eines Plasmas aus positiven Plattierungsionen innerhalb der Kammer, sowie Erzeugen einer positiven Gleichstromspannung auf der Plattierungsquelle zur Bildung eines elektrischen Feldes zwischen der Plattierungsquelle und den Substraten zur Beschleunigung der positiven Plattierungsionen in Richtung auf die Substrate. The procedure includes the following steps: Evacuate the Chamber, evaporation of the plating material in the evacuated one Chamber from the plating source, applying a RF energy to the plating source to create a plasma of positive plating ions within the chamber, and generating a positive DC voltage on the plating source to create an electric field therebetween the plating source and the substrates for accelerating the positive plating ions towards the substrates.
Die vorliegende Erfindung schafft weiter eine Vorrichtung zum Plattieren eines Substrats mit Plattierungsmaterial, bestehend in einer Kammer, die geeignet ist, das Substrat einzuschließen, einer Plattierungsquelieneinrichtung innerhalb der Kammer zum Verdampfen des Plattierungsamterials darin, sowie Einrichtungen zum Evakuieren der Kammer, Hochfrequenzsignalserzeugungseinrichtungen, die mit der Plattierungsquelle verbunden sind, Einrichtungen zum Anlegen einer Hochfrequenzenergie an die Plattierungsquelle, Einrichtungen zur Bildung eines Plasmas von positiven Plattierungsionen aus dem verdampften Plattierungsmaterial, sowie Einrichtungen zur Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen den Plattierungsquelleneinrichtungen und dem Substrat zur Beschleunigung der positiven Plattierungsionen in Richtung auf das Substrat.The present invention further provides an apparatus for plating a substrate with plating material, consisting of in a chamber adapted to enclose the substrate, plating source means within the chamber for Evaporation of the plating material therein, as well as devices for evacuating the chamber, high-frequency signal generating devices, connected to the plating source, means for applying radio frequency energy to the plating source, Means for forming a plasma of positive plating ions from the vaporized plating material, and means for generating an electric field between the plating source means and the Substrate to accelerate the positive plating ions towards the substrate.
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Die Erfindung schafft ferner in einer Vorrichtung zum lonenplattieren einer Anzahl von Substraten mit positiven Plattierungsionenvon einer Plattierungsquelle, bei welcher die Substrate in einer evakuierten Kammer eingeschlossen sind und ein elektrisches Feld zwischen den Substraten und Plattierungsquelle zur Beschleunigung der positiven Ionen zu den Substraten erzeugt wird, eine verbesserte Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas von positiven Plattierungsionen und des lonenbeschleunigungs- i feldes .bei Ausschaltung der bisher erforderlichen elektrischenThe invention also provides an apparatus for ion plating a number of substrates with positive plating ions of a plating source in which the substrates are enclosed in an evacuated chamber and a Electric field generated between the substrates and plating source to accelerate the positive ions to the substrates , an improved device for generating a plasma of positive plating ions and the ion accelerating i field. when switching off the previously required electrical
Isolierung zwischen den Substraten und jeglichem Abschnitt der jIsolation between the substrates and any portion of the j
i Kammer. Die Verbesserung enthält Hochfrequenzsignalerzeugungs- ; einrichtungen, gekoppelt an die Plattierungsquelle zur Bildung des Plasmas aus.positiven Plattierungsionen und eine positive Gleichstromspannungsquelle, gekoppelt an die Plattierungsquelle zum Aufbringen einer positiven Gleichstromvorspannung auf die Plattierungsquelle zur Erzeugung des Ionenbeschleunigungsfeldes.i chamber. The improvement includes high frequency signal generation; means coupled to the plating source for forming the plasma from positive plating ions and a positive one DC voltage source coupled to the plating source for applying a positive DC bias to the plating source to generate the ion accelerating field.
Die für neu gehaltenen Merkmale der Erfindung sind im einzelnen in den beigefügten Ansprüchen niedergelegt. Die Erfindung wird zusammen mit weiteren Merkmalen und Vorzügen am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich, in deren einzelnen Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Es zeigen:The features of the invention believed to be new are detailed laid down in the appended claims. The invention, along with other features and benefits, is best shown below Reference to the following description in conjunction with the accompanying drawings, in the individual figures thereof, can be understood the same reference numerals denote the same elements. Show it:
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Fig. 1 eine allgemein schematische Darstellung einer gasfreien Ionenplattierungsvorrichtung in Ausführung der Erfindung mit im Schnitt gezeigten und fortgeschnittenen Abschnitten, Fig. 1 is a generally schematic representation of a gas-free Ion plating apparatus embodying the invention with portions shown in section and cut away,
Fig. 2 eine andere allgemein schematische Darstellung einer gasfreien Ionenplattierungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zum Plattieren eines isolierenden Substrats,Fig. 2 is another generally schematic representation of a gas-free one Ion plating apparatus according to a further embodiment of the invention for plating an insulating Substrate,
Fig. 3 eine weitere allgemeine schematische Darstellung der gasfreien Ionenplattierungsvorrichtung konstruiert gemäß der Erfindung, insbesondere mit Einrichtungen zum Verändern der Orientierung der Substrate relativ zu der Plattierungsquelle während des Plattierungsverfahrens,Fig. 3 is a further general schematic representation of the gas-free Ion plating apparatus constructed in accordance with the invention, particularly with means for modifying the orientation of the substrates relative to the plating source during the plating process,
Fig. 4 einen teilweise schematischen senkrechten Schnitt durch die Vorrichtung in Ausführung der Erfindung, die in der praktischen Durchführung der Erfindung mit größerem Vorteil bei der Ionenplattierung großer Volumen benutzt v/erden kann, undFIG. 4 is a partially schematic vertical section through the device embodying the invention, which is shown in FIG In practicing the invention, it has been used to greater advantage in large volume ion plating v / can earth, and
Fig. 5 eine allgemein cchematische Darstellung einer gasfreien Ionenplattierungsvorrichtung gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung.5 is a generally schematic representation of a gas-free Ion plating apparatus according to still another embodiment of the invention.
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Es wird nunmehr auf Fig. 1 Bezug genommen, nach der die dort
gezeigte gasfreie Ionenplattierungsvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung allgemein eine Kammer 10
enthält, eine Hochfrequenzsignalerzeugungsvorrichtung 11, eine
positive Gleichstromspannungsquelle 12, sowie eine Plattierungsquel leneinrichtung 13. Die Kammer 10 enthält eine Verbundstruktur
aus einem Glasglockentiegel 14 mit einer äußeren metallischen Schutzhülle 15 und einem leitenden überzug 17 auf seiner Innenseite.
Die Kammer 10 besitzt außerdem eine leitende Bodenwand 16, welche die unteren Ränder des Glockentiegels 14 luftdicht
erfasst, um eine Evakuierung des Inneren des Glockentiegels zu ermöglichen. Die äußere Metallhülle 15, der innere Überzug
17 und die' Bodenwand 16 sind alle an das Erdpotential gekoppelt. . ■Reference is now made to Fig. 1, after which there
shown gas-free ion plating device according to a
First embodiment of the invention generally includes a chamber 10, a high frequency signal generating device 11, a positive DC voltage source 12, and a plating source device 13. The chamber 10 contains a composite structure of a bell jar 14 with an outer metallic protective shell 15 and a conductive coating 17 on its inside. The chamber 10 also has a conductive bottom wall 16 which airtightly engages the lower edges of the bell jar 14 to allow evacuation of the interior of the bell jar. The outer metal shell 15, the inner coating 17 and the bottom wall 16 are all coupled to the earth potential. . ■
Die Plattierungsquelleneinrichtung 13 enthält eine Verdampfungseinrichtung in Form eines Widerstandsheizelements 20, leitende
Lagereinrichtungen 21 sowie eine Stange aus Plattierungsmatcrial 22. Das.Widerstandsheizelement 20 hat die Form eines zu einer
Spule aufgewickelten Drahtes, der so angeordnet ist, daß er
die Stange Plattierungsmaterial 22 in sich aufnimmt. Die leitenden
Lagereinrichtungen 21 haben die Form von Kupferstangen und sind zur Lagerung des Widerstandsheizelernent 20 innerhalb
der Kammer 10 angeordnet.The plating source device 13 includes evaporation means in the form of a resistance heating element 20, conductive bearings 21, and a rod of plating material 22. The resistance heating element 20 is in the form of a wire wound into a coil and arranged to be
the rod accommodates plating material 22. The conductive storage devices 21 are in the form of copper rods and are arranged within the chamber 10 for storage of the resistance heating element 20.
Eine Leitung 25 stellt eine Verbindung mit dem Inneren derA line 25 provides a connection with the interior of the
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Kammer 10 her und ist durch ein Ventil 26 und eine weitere Leitung 27 an eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) angeschlossen. Die Leitung 25 und 27 und das Ventil 26 gestatten eine Evakuierung des inneren der Kammer 10 durch die Vakuumpumpe bisChamber 10 and is connected by a valve 26 and a further line 27 to a vacuum pump (not shown). The lines 25 and 27 and the valve 26 allow evacuation of the interior of the chamber 10 by the vacuum pump up
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zu einem Innendruck von etwa 10 Torr, geeignet für das gasfreie Plattierungsverfahren.to an internal pressure of about 10 torr, suitable for the gas-free plating process.
Eine v/eitere Leitung 30 stellt auch eine Verbindung mit dem Inneren der Kammer 10 her und ist an eine Quelle inerten Gases (nicht gezeigt) durch ein weiteres Ventil 31 und eine Leitung 32 angeschlossen. Die Leitungen 3 0 und 3 2 und das Ventil 31 gestatten den Eintritt des inerten Gases wie beispielsweise Argon in die Kammer 10 zum Zwecke der Reinigung des zu plattierenden Substrats oder der Substrate vor dem Plattierungsverfahren in einer im folgenden zu beschreibenden Weise.A further conduit 30 also communicates with the interior of the chamber 10 and is connected to a source of inert gas (not shown) connected by a further valve 31 and a line 32. Lines 3 0 and 3 2 and valve 31 allow the inert gas such as argon to enter the chamber 10 for the purpose of cleaning the material to be plated Substrate or substrates prior to the plating process in a manner to be described below.
Auf der Bodenwand 16 der Kammer 10 ruht das zu plattierende Substrat 35. Das Substrat ist, wie ersichtlich, nicht elektrisch von der Bodenwand 16 der Kammer isoliert, obwohl die Kammer auf Erdpotential ist aufgrund der Erdung der Schutzhülle 15, wie gezeigt.The substrate 35 to be plated rests on the bottom wall 16 of the chamber 10. As can be seen, the substrate is not electrically isolated from the bottom wall 16 of the chamber, although the The chamber is at ground potential due to the grounding of the protective sheath 15, as shown.
Die Hochfrequenzenergie.quelle 11 ist zwischen Erde und der Plattierungsquelle 13 gekoppelt,und zwar aufgrund der Verbindung mit einer der leitenden Lagerungen 21 durch einen Kondensator 36. Die Gleichstromspannungsquelle 12 ist ebenso zwischenThe high frequency energy source 11 is between earth and the Plating source 13 coupled by virtue of being connected to one of the conductive bearings 21 through a capacitor 36. The DC voltage source 12 is also between
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Erde und der Plattierungsquelle 13 gekoppelt. Im einzelnen ist die negative Klemme der Quelle 12 an Erde gelegt und die positive Quelle an die leitende Lagerung 21 durch einen Induktor Wie von Fachleuten auf diesem Gebiet eingesehen wird, sind der Kondensator 3 6 und der Induktor 37 für Filterzwecke vorgesehen.Earth and the plating source 13 coupled. In detail, the negative terminal of the source 12 is connected to earth and the positive Source to the conductive support 21 by an inductor As will be appreciated by those skilled in the art, are the Capacitor 36 and inductor 37 are provided for filtering purposes.
Im Betrieb wird gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die Vorrichtung der Fig. 1 in der folgenden Weise für die Ionenplattierung des Substrats 35 betrieben. Zunächst wird, wenn das Substrat 35 vor dem Plattieren gereinigt werden muß, die Kammer 10 durch die Vakuumpumpe über das Ventil 26 evakuiert. Danach wird ein inertes Gas wie Argon in das Innere der Kammer 10 durch das Äbmeßventil 31 eingelassen. Nachdem das inerte Gas in die Kammer eingelassen wurde, wird die Hochfrequenzenergiequelle 11 erregt, um an das Innere der Kammer 10 ein Hochfrequenzfeld anzulegen. Dies verursacht ein Zurückspritzen innerhalb der Kammer 10 zur Reinigung der Oberflächen des zu plattierenden Substrats 35. ·In operation, according to the method of the present invention the apparatus of Fig. 1 for ion plating in the following manner of the substrate 35 operated. First, if the substrate 35 needs to be cleaned prior to plating, the chamber 10 evacuated by the vacuum pump via valve 26. Thereafter, an inert gas such as argon is passed into the interior of the chamber 10 the measuring valve 31 let in. After the inert gas is admitted into the chamber, the high frequency power source 11 becomes energized to apply a high frequency field to the interior of the chamber 10. This causes splash back within the Chamber 10 for cleaning the surfaces of the to be plated Substrate 35. ·
Nachdem einmal das Substrat durch das soeben beschriebene Verfahren gereinigt worden ist, wird das inerte Gas aus der Kammer 10 durch das Ventil 36 herausgepumpt, bis das Innere der Kammer 10 wiederum evakuiert ist. Die Hochfrequenzquelle bleibt erregt oder es wird, falls ein Substrat nicht durch Zurückspritzen gereinigt wurde, die Hochfrequenzquelle im Anschluß an die anfängliche Evakuierung erregt.Once the substrate has been cleaned by the method just described, the inert gas is released from the chamber 10 pumped out through valve 36 until the interior of the chamber 10 is again evacuated. The RF source remains energized or, if a substrate is not, it is spattered back cleaned, energized the RF source following the initial evacuation.
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Die positive Gleichstromspannungsquelleneinrichtung 12 wird zur Erzeugung einer positiven Vorspannung auf der Plattierungsquelle erregt. Diese positive Vorspannung wird entwickelt durch die positive Gleichstromspannung von der Gleichstromquelle 12, die an der leitenden Lagerung 21 an die Plattierungsquelle 13 gekoppelt ist. Wie bereits erwähnt, ist die Gleichstromquelle 12 durch den Induktor 37 an die Plattierungsquelle 13 gelegt.The DC positive power source device 12 becomes to create a positive bias on the plating source excited. This positive bias is developed by the positive DC voltage from the DC power source 12 coupled to plating source 13 at conductive support 21. As mentioned earlier, the DC power source is 12 is applied to the plating source 13 through the inductor 37.
Im Anschluß daran wird an die leitenden Lager 21 ein Strom gelegt, um eine Erwärmung des Widerstandsheizelements 20 zu verursachen. Der ah die leitenden Lagerungen 21 gelegte Strom kann 60 Hertz Wechselstrom sein mit einem Spannungsdifferential von einem Ende des Widerstandsheizelements 20 zu anderen in der Größenordnung von 20 Volt. Bei Erwärmung des Widerstandsheizelements 20 bis zur Verdampfungstemperatur des Plattierungsmaterials 22 schmilzt das Plattierungsmaterial 22 und verdampft bei Berührung mit dem Widerstandsheizelement 20. Das Plattierungsmaterial 22 kann beispielsweise Kupfer sein.Subsequently, a current is applied to the conductive bearings 21, to cause the resistance heating element 20 to heat up. The current applied to the conductive bearings 21 can 60 Hertz alternating current with a voltage differential from one end of the resistive heating element 20 to another in the Of the order of 20 volts. When the resistance heating element heats up 20 to the evaporation temperature of the plating material 22 melts the plating material 22 and evaporates upon contact with the resistance heating element 20. The plating material 22 can be copper, for example.
Während die hier unter Betracht stehende Plattierungsquelle 13 ein Widerstandsheizelement umfasst, liegt es doch für Fachleute auf diesem Gebiet auf der Hand, daß andere Formen von Plattierungsquellen auch verwendet werden können. Beispielsweise kann eine Booteinrichtung oder die im vorhergehenden erwähnte hochgradige Ionenplattierungsquelle oder irgendeine andere? bekannte Vordampfungsquclle benutzt werden, ohne von den Grundsätzen der Erfindung abzuweichen.While the plating source 13 under consideration includes a resistive heating element, it will be within the skill of those skilled in the art in the art that other forms of plating sources can also be used. For example may be a boat device or the above-mentioned high level ion plating source or any other? known pre-evaporation source can be used without to deviate from the principles of the invention.
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Die HochfrequenzsignalserZeugungseinrichtung 11 ist vorzugsweise von solcher Art, die in der Lage ist, ein Hochfrequonz-The high frequency signal generating means 11 is preferred of such a kind that is capable of high-frequency
signal zu erzeugen/ welches eine Frequenz von annähernd ;;signal to generate / which has a frequency of approximately ;;
■ ■ ι■ ■ ι
13,5 Megahertz hat. Fachleute auf diesem Gebiet werden jedoch Ϊ einsehen, daß die an die Plattierungsquelle gelegte Hochfre- jj quenzenergie jede beliebige Frequenz innerhalb des Bereichs [;13.5 megahertz. However, those skilled in the art will appreciate that the radiofrequency energy applied to the plating source is any frequency within the range [;
von etwa 2 bis 40 Megahertz haben kann. Während das Plattie- ffrom about 2 to 40 megahertz. While the plate f
ren durchgeführt werden könnte bei Frequenzen von weniger als | 2 Megahertz und über 40 Megahertz, wäre doch die Leistungs- . "■ren could be performed at frequencies less than | 2 megahertz and over 40 megahertz would be the power. "■
fahigkeit einer derartigen Plattierungsanlage wahrscheinlich geringer als die durch Verwendung einer Hochfrequenzquelle im | Bereich von 2 bis 40 Megahertz erreichbare .The ability of such a plating machine is likely to be less than that obtained by using a high frequency source in the | Range from 2 to 40 megahertz achievable.
Da die Hochfrequenzquelle 11 an die leitende Lagerung 21 gelegt ist, welche auch an das Widerstandsheizelement 20 gekoppelt ist, wird die darauf übertragene Hochfrequenzenergie durch die Lagerung 21 und das Widerstandsheizelement 20 abgestrahlt. Die von der Plattierungsquelle 13 ausgestrahlte Hochfrequenzenergie erzeugt ein Plasma 40 aus positiven Plattierungsionen von dem verdampften Plattierungsmaterial 22 um das Substrat 35 herum.Since the high-frequency source 11 is placed on the conductive bearing 21, which is also coupled to the resistance heating element 20 is, the high frequency energy transmitted thereon is radiated through the bearing 21 and the resistance heating element 20. The radiofrequency energy radiated from the plating source 13 creates a plasma 40 of positives Plating ions from the vaporized plating material 22 around the substrate 35.
Da die Plattierungsquelle 13 mit Bezug auf das Substrat 35, und insbesondere mit Bezug auf die Oberfläche des Substrats 35 positiv beaufschlagt ist, wird zwischen der Plattierungsquelle 13 und dem Substrat 35 ein elektrisches Feld erzeugt. Dieses elektrische Feld beschleunigt die positiven Plattie-Since the plating source 13 with respect to the substrate 35, and in particular with respect to the surface of the substrate 35 is positive is between the plating source 13 and the substrate 35 generates an electric field. This electric field accelerates the positive plate
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rungsioncn innerhalb des Plasmas 40 in Richtung auf das Subs-trat 35.rungsioncn within the plasma 40 in the direction of the subs-entered 35.
Aufgrund der verbesserten Vorrichtung nach Fig. 1 ist zu erkennen, daß das Substrat 35 nicht von irgendeinem Abschnitt der Kammer isoliert ist. Da das Substrat 35 leitend und auf Erdpotential sein· kann, besteht keine Notwendigkeit, dies Substrat von der Kammer elektrisch zu isolieren, wie es bisher bei bekannten gasfreien Ionenplattierungsverfahren und Vorrichtungen erforderlich war. Außerdem könnte das Substrat 35 ebenso gut ein isolierendes Substrat gewesen sein. Obwohl die automatische Vorspannungswirkung eines isolierenden Substrats aufgrund des Hochfrequenzfeldes innerhalb der Kammer 10 den Potentialunterschied zwischen der Plattierungsquelle 13 und dem Substrat 35 erhöhen w.ürde, ist diese Erhöhung im elektrischen Potential in dem richtigen Sinne zur Beschleunigung der positiven Plattierungsionen in Richtung auf das Substrat 35. Daher ist die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung verwendbar für ein Ionenplattieren von sowohl leitenden als auch isolierenden Substraten.Due to the improved device according to FIG. 1 it can be seen that the substrate 35 is not isolated from any portion of the chamber. Since the substrate 35 is conductive and on · Can be earth potential, there is no need to substrate this electrically isolate from the chamber as heretofore known gas-free ion plating methods and apparatus was required. In addition, the substrate 35 could just as easily have been an insulating substrate. Although the automatic biasing action of an insulating substrate due to the high frequency field within the chamber 10 den Potential difference between the plating source 13 and would increase the substrate 35, this increase in electrical potential is in the correct sense for acceleration of the positive plating ions toward the substrate 35. Therefore, the apparatus shown in Fig. 1 is usable for ion plating of both conductive and insulating substrates.
Die Vorrichtung nach Fig, 2 ist im wesentlichen identisch mit derjenigen der Fig. 1, abgesehen davon, daß die Gleichstromquelle 12 und der Induktor 37 in Fortfall gekommen sind, so daß die gezeigte Vorrichtung insbesondere geeignet ist für eine Ionenplattierung eines isolierenden Substrats 45-Wie imThe device of FIG. 2 is essentially identical to FIG that of FIG. 1, apart from the fact that the direct current source 12 and the inductor 37 have ceased to exist, so that the device shown is particularly suitable for ion plating an insulating substrate 45-As in FIG
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-25- -L-; "3T 23332* Ι-25- - L - ; "3T 23332 * Ι
Falle der Ausführungsform nach Fig. 1,enthält die Vorrichtung
nach Fig. 2 die Kammer 10, die Hochfrequenzsignaler-Zeugungseinrichtung
11 und die Plattierungsquelle 13. Die
Kammer 10 enthält eine Bodenwand 16 und einen Glasglockentiegel 14 mit einem äußeren metallischen Schutzschild 15 und
einem inneren leitenden überzug 17. Die Plattierungsquelle 13 .
enthält das Widerstandsheizelement 20 und die leitenden Lagerungen 21, welche das Widerstandsheizelement 20 innerhalb der
Kammer 10 lagern. In dem Widerstandsheizelement 20 wird dasIn the case of the embodiment of Fig. 1, the apparatus of Fig. 2 includes the chamber 10, the high frequency signal generating means 11 and the plating source 13. The
Chamber 10 contains a bottom wall 16 and a glass bell jar 14 with an outer metallic protective shield 15 and
an inner conductive coating 17. The plating source 13.
contains the resistive heating element 20 and the conductive bearings 21, which the resistive heating element 20 within the
Store chamber 10. In the resistance heating element 20, the
Plattierungsmaterial 22 ,beispielsweise Kupfer, aufgenommen. ! Plating material 22, for example copper, was added. !
Die Hochfrequenzquelle 11 ist zwischen dem Erdpotential undThe high frequency source 11 is between the earth potential and
der leitenden Lagerung 21 durch den Kondensator 36 gekoppelt.the conductive bearing 21 coupled through the capacitor 36.
Das zu plattierende isolierende Substrat ist auf der B.oden-The insulating substrate to be plated is on the ground
wand 16 in Stellung gebrapht, wie gezeigt. ; wall 16 marked in position as shown. ;
Im Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 2 wird die Kammer 10 zu- j nächst durch das Meßventil 26 evakuiert. Sodann wird die Hoch- ;When the device according to FIG. 2 is in operation, the chamber 10 is first evacuated through the measuring valve 26. Then the high;
- i- i
frequenzquelle 10 erregt., um eine Hochfrequenzenergie an diefrequency source 10 energized. To a high frequency energy to the
Plattierungsquelle 13 an dem Widerstandsheizelement 22 undPlating source 13 on the resistive heating element 22 and
die leitende Lagerung 21 zu legen. Danach wird Strom an die |the conductive bearing 21 to lay. After that, electricity is sent to the |
! leitenden Lagerungen 21 gelegt, um das Widerstandsheizelement j! conductive bearings 21 placed to the resistance heating element j
20 zum Schmelzen und Verdampfen des Plattierungsmaterial 22 ! zu erwärmen. Aufgrund des durch die von dem Element 20 und der20 for melting and evaporating the plating material 22! to warm up. Due to the by the element 20 and the
Lagerung 21 abgestrahlte Hochfrequenzenergie in der Kammer 10 jStorage 21 radiated high frequency energy in the chamber 10 j
erzeugten Hochfrequenzfeldes wird um das Substrat 45 herum jgenerated high frequency field is around the substrate 45 j
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ein Plasma positiver Plattiorungsionen 40 erzeugt. Aufgrund der automatischen Vorspannungswirkung, welche auftritt, wenn ein Isolator wie beispielsweise das Substrat 45 in ein Hochfrequenzfeld gelegt wird, lädt sich die Oberfläche des Substrats 45 negativ auf, so daß auf der Plattierungsquelle 13 mit Bezug auf die Oberfläche des Substrats 45 eine positive Vorspannung erzeugt wird. Die automatische Vorspannungswxrkung des Substrats 45 findet statt, da die. freien Elektronen, welche durch thermionische Emmissionen, Ionisierung usw. erzeugt wurden und durch das Hochfrequenzfeld in der Kammer pulsmoduliert sind, auf das Substrat 45 auftreffen, ihre kinetische Energie verlieren und auf dem Substrat eingefangen werden. Diese Elektronen bauen sich somit auf der Oberfläche des isolierenden Substrats auf und bewirken ein negatives Potential für das Substrat relativ zu der Quelle. Infolgedessen wird die im vorhergehenden erwähnte positive Vorspannung der Plattierungsquelle relativ zu dem Substrat 45 erzeugt. Das elektrische Feld, welches durch die auf der Quelle 13 entwickelte positive Vorspannung relativ zu dem Substrat 45 entsteht, verursacht, daß die positiven Plattierungsionen innerhalb des Plasmas zu dem Substrat 45 beschleunigt werden und die Oberfläche des Substrats 45 plattieren.a plasma of positive plating ions 40 is generated. Because of the automatic biasing effect that occurs when an insulator such as substrate 45 is in a radio frequency field is placed, the surface of the substrate 45 is negatively charged, so that on the plating source 13 with respect to the surface of the substrate 45, a positive bias is generated. The automatic pre-tensioning action of the substrate 45 takes place because the. free electrons generated by thermionic emissions, ionization, etc. and pulse modulated by the high frequency field in the chamber are incident on the substrate 45, their kinetic Lose energy and get trapped on the substrate. These electrons thus build up on the surface of the insulating Substrate and cause a negative potential for the substrate relative to the source. As a result, will creates the aforementioned positive bias of the plating source relative to the substrate 45. The electric Field which is created by the positive bias voltage developed on the source 13 relative to the substrate 45, causes the positive plating ions within the plasma to accelerate toward the substrate 45 and the surface of the substrate 45.
Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, ist das Ventil 31 vorgesehen, um vor dem Plattierungsverfahren ein inertes Gas zur Reinigung des Substrats 45 in die Kammer einzulassen.As in the embodiment according to FIG. 1, the valve is 31 provided an inert gas prior to the plating process to allow the substrate 45 to be cleaned in the chamber.
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Dieses Verfahren wäre identisch mit dem mit Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Reinigungsverfahren.This method would be identical to that with reference to FIG. 1 described cleaning procedure.
Es wird nunmehr auf Fig. 3 Bezug genommen, aus der ersichtlich ist, daß die dort gezeigte Vorrichtung im wesentlichen ähnlich der Vorrichtung nach Fig. 1 ist, mit der Ausnahme, daß eine Zusatzkonstruktion zur Erleichterung der Plattierung einer Anzahl von Substraten hinzugefügt worden ist. Im einzelnen ist ersichtlich, daß eine umlaufende Plattform· 50 zur Lagerung einer Anzahl zu plattierender Substrate in der Kammer 10 vorgesehen ist. Diese Plattform 50 ist allgemein scheibenförmig, und enthält eine Lagerwelle 51, welche sich durch ein geeignetes Lager 52 hindurcherstreckt. Die Welle 51 ist an ihrem Ende gegenüber der Plattform 50 an einen Motor 53 gekoppelt, der bei Erregung die Welle und die Plattform 50 veranlaßt sich zu drehen. Infolgedessen kann während des Plattierungsverfahrens innerhalb der Kammer die Orientierung der Substrate 55 mit Bezug auf die Plattierungsquelle 13 verändertwerden. Während die gasfreie Ionenplattierung ein dreidimensionales Verfahren ist, begünstigt die Veränderung der Orientierung der Substrate 55 mit Bezug auf die Plattierungsquelle weiterhin die Plattierung der Substratoberflächen bis zu einer gleichmäßigen Tiefe.Referring now to Figure 3, it can be seen that the apparatus shown therein is substantially similar of the apparatus of Fig. 1, except that an add-on construction to facilitate plating of a number of substrates has been added. In detail it can be seen that a revolving platform 50 for storage a number of substrates to be plated are provided in the chamber 10. This platform 50 is generally disc-shaped, and includes a bearing shaft 51 which extends through a suitable bearing 52. The shaft 51 is at its end coupled with respect to the platform 50 to a motor 53 which, when energized, causes the shaft and the platform 50 to close turn. As a result, during the plating process the orientation of the substrates 55 with respect to the plating source 13 can be changed within the chamber. While the Gas-free ion plating is a three-dimensional process, it favors the change in the orientation of the substrates 55 with respect to the plating source, plating the substrate surfaces to a uniform depth.
Wie in der Ausführungsform nach Fig. 1, enthält die Vorrichtung der Fig. 3 die Plattierungsquelle 13, welche das Widerstandsheizelement 20 umfaßt, die leitenden Lagerungen 21 für As in the embodiment of FIG. 1, the device includes 3, the plating source 13, which comprises the resistance heating element 20, the conductive supports 21 for
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das Element 20 und das Plattierungsmaterial 22. Die Gleichstromquelle 12 und die Hochfrequenzenergiequelle 11 sind beide an eine der leitenden Lagerungen 21 gekoppelt. Die Hochfrequenzenergiequelle 11 ist durch den Kondensator 36 an die Lagerung 21 gekoppelt, und die Gleichstromspannungsquelle 12 ist durch den Induktor 3 7 an die Lagerung 21 gekoppelt. Es ist ebenso ersichtlich, daß die· positive Seite der Gleichstromspannungsquelle 12 mit der leitenden Lagerung 21 gekoppelt ist, um eine positive Vorspannung auf die Plattierungsquelle 13 aufzubringen und das elektrische Feld zur Beschleunigung der positiven Plattierungsionen zwischen der Plattierungsquelle 13 und den Substraten 55 zu erzeugen.element 20 and cladding material 22. The DC power source 12 and the radio frequency energy source 11 are both coupled to one of the conductive bearings 21. The high frequency energy source 11 is coupled to the bearing 21 through the capacitor 36, and the DC voltage source 12 is coupled to the bearing 21 by the inductor 37. It can also be seen that the positive side of the DC voltage source 12 is coupled to conductive support 21 to positively bias the plating source 13 to apply and the electric field to accelerate the positive plating ions between the Plating source 13 and the substrates 55 to produce.
Wie bei den vorherigen Ausführungsformen, sind der metallische Schutzschild 15 i^d der innere Überzug 17 des Glockentiegels 14 an Erde gelegt, und es ist keinerlei Vorkehrung getroffen, um das Substrat 55 in irgendeiner Weise gegenüber der Kammer elektrisch zu isolieren. Dies ist natürlich zurückzuführen auf die Tatsache, daß eine derartige elektrische Isolierung unnötig ist wegen der auf der Plattierungsquelle 13 entwickelten positiven Gleichstromvorspannung relativ zu den Oberflächen der Substrate 55. Es wird tatsächlich einbezogen, daß die Plattform 50, die Welle 51 und selbst'das Lagerelement 52 aus metallischem Material hergestellt werden können, um dadurch diese Elemente an das Erdpotential zu legen. Es ist daher aufgrund dieser ErfindungAs with the previous embodiments, the metallic Protective shield 15 i ^ d the inner coating 17 of the bell crucible 14 is laid to earth, and no provision is made to oppose the substrate 55 in any way to isolate the chamber electrically. This is of course due to the fact that such an electrical Isolation is relatively unnecessary because of the positive DC bias developed on the plating source 13 to the surfaces of substrates 55. It is actually implied that platform 50, shaft 51 and even the bearing element 52 made of metallic material in order to thereby connect these elements to the earth potential. It is therefore based on this invention
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keine an' die Substrate gelegte negative Gleichstromvorspannung mehr erforderlich, um eine Plattierung derselben zu erwirken, und die Substrate 55 und ihre Lagerungsstruktur innerhalb der Kammer 10 brauchen nicht von irgendeinem Abschnitt der Kammer isoliert zu werden.no negative DC bias applied to the substrates more required to obtain a plating of the same, and the substrates 55 and their storage structure within the chamber 10 do not need to be removed from any portion of the chamber to be isolated.
Im Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 3 wird, falls eine Reinigung der Substrate 55 vor dem Plattierungsverfahren erforderlich ist, die Kammer 10 zunächst durch das Meßventil 26 evakuiert. Danach wird eine Menge inerten Gases wie Argon in das Innere der Kammer 10 durch das Meßventil 31 eingelassen. Sodann wird die Hochfrequenzenergiequelle 11 erregt, um ein Hochfrequenzsignal an die leitende Lagerung 21 und das Heizelement 20 der Plattierungsquelle 13 zu legen, um in der Kammer ein Hochfrequenzfeld zu erzeugen. Dies führt zu der Durchführung eines Rückspritzens innerhalb der Kammer 10 zur Reinigung der Oberflächen der Substrate 55. Während des Rückspritzverfahrens kann der Motor 53 erregt werden, um die Plattform 50 zu drehen und die Orientierung der Substrate 55 zu verändern, um eine gleichmäßigere Reinigung der Substratoberflächen zu erwirken.In the operation of the device according to FIG. 3, if a cleaning of substrates 55 is required prior to the plating process, chamber 10 is first evacuated through metering valve 26. After that, a lot of inert gas like argon is poured into the The interior of the chamber 10 is admitted through the measuring valve 31. Then the high frequency power source 11 is energized to a High frequency signal to the conductive bearing 21 and the heating element 20 of the plating source 13 to create a high frequency field in the chamber. This leads to the Carrying out a back spray inside the chamber 10 to clean the surfaces of the substrates 55. During the In the spray back process, the motor 53 can be energized to rotate the platform 50 and orient the substrates 55 to change to a more even cleaning of the substrate surfaces to obtain.
Nachdem die Substrate gereinigt worden sind, wird das inerte Gas innerhalb der Kammer 10 durch das Meßventil 26 abgegeben. Nachdem das Innere der Kammer 10 evakuiert worden ist, wird an die leitenden Lagerungen 21 und somit an das Widerstands-After the substrates have been cleaned, the inert gas within the chamber 10 is discharged through the measuring valve 26. After the interior of the chamber 10 has been evacuated, the conductive bearings 21 and thus the resistance
heizelement 20 ein Strom gelegt. Sodann werden die Hochfrequenzquelle 11 und die Gleichstromspannungsquelle 12 gemeinsam mit dem Motor 53 erregt. Die Erwärmung des Elements 20 verursacht ein Schmelzen des Plattierungsmaterials 22 und Verdampfen desselben innerhalb der Kammer 10. Wie in der vorhergehenden Ausführungsform,, legt die Hochfrequenzsignalserzeugungseinrichtung 11 eine Hochfrequenzenergie an die leitende Lagerung 21 und das Heizelement 20, um dieselben zu veranlassen, die Hochfrequenzenergie innerhalb der Kammer 10 abzustrahlen, um ein Hochfrequenzfeld darin aufzubauen. Das Hochfrequenzfeld innerhalb der Kammer 10 erzeugt ein Plasma 40 positiver Plattierungsionen von dem verdampften Plattierungsmaterial 22, und dies Plasma 40 erstreckt sich von der Plattierungsquelle 13 zu den Substraten 55 und um diese herum. Das von der Quelle 12 an die Plattierungsquelle 13 gelegte positive Gleichstromspannungspotential entwickelt eine positive Gleichstromvorspannung auf der Plattierungsquelle 13 mit Beziig auf die Substrate 55, um das erforderliche elektrische Feld zur Beschleunigung der positiven Plattierungsione zu den Substraten 55 zu entwickeln, um die Plattierung derselben zu erwirken.heating element 20 put a current. Then become the high frequency source 11 and the DC voltage source 12 together with the motor 53 are excited. The heating of the element 20 causes a melting of the plating material 22 and evaporation thereof inside the chamber 10. As in the previous embodiment, the high-frequency signal generating device 11 applies high-frequency energy to the conductive bearing 21 and the Heating element 20 to cause the same to use the radio frequency energy radiate within the chamber 10 to build up a high frequency field therein. The high frequency field within the Chamber 10 creates a plasma 40 of positive plating ions from the vaporized plating material 22, and this plasma 40 extends from plating source 13 to and around substrates 55. That from source 12 to the plating source 13 applied positive DC voltage potential develops a positive DC bias voltage on the plating source 13 with reference to the substrates 55 to achieve the required electric field to accelerate the positive plating ions to the substrates 55 to develop the plating to obtain the same.
Während des Plattierungsverfahrens treibt der Motor 53 die Welle 51 zum Drehen der Plattform 50, um die Orientierung der Substrate 55 relativ zu der Plattierungsquelle zu variieren. Wie bereits · erwähnt, stellt dies eine Plattierung der Substratoberflächen bis zu einer gleichmäßigen Tiefe sicher. Das vorhergehende VerfahrenDuring the plating process, the motor 53 drives the shaft 51 for rotating platform 50 to vary the orientation of substrates 55 relative to the plating source. As already mentioned, this ensures plating of the substrate surfaces to a uniform depth. The previous procedure
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setzt sich fort, bis eine erwünschte Plattierungstiefe auf den Substraten erreicht worden ist.continues until a desired plating depth is on the Substrates has been reached.
Das im vorhergehenden mit Bezug auf die Vorrichtung nach Fig. beschriebene Verfahren ist am besten geeignet für die Plattierung von leitenden Substraten. Es ist jedoch zu beachten, daß isolierende Substrate ebenso gut plattiert werden können. Um isolierende Substrate zu plattieren, ist es nicht erforderlich, irgendeinen der im vorhergehenden genannten Plattierungsparameter zu ändern, da, obwohl die Oberflächen der isolierenden Substrate durch den automatischen Vorspannungseffekt negativ aufgeladen werden, ein elektrisches Feld in dem richtigen Sinne für die Beschleunigung der positiven Plattierungsionen zu den Substraten dennoch erzielt wird. Dies ist besonders wichtig, wenn sowohl leitende als auch isolierende Substrate in einer hochvolumigen Produktionsaniage plattiert werden müssen.The above with reference to the device according to Fig. method described is best suited for plating conductive substrates. It should be noted, however, that insulating substrates can be plated as well. Around Plating insulating substrates does not require any of the aforementioned plating parameters to change because although the surfaces of the insulating Substrates are negatively charged by the automatic bias effect, an electric field in the right sense for accelerating the positive plating ions to the Substrates is still achieved. This is especially important when both conductive and insulating substrates are in one high-volume production facilities have to be plated.
Es wird nunmehr auf Fig. 4 Bezug genommen, welche einen senkrechten Schnitt der gemäß der Erfindung konstruierten Vorrichtung zeigt, mittels derer die Erfindung mit großem Vorteil in hochvolumigen Massenproduktionsionenplattierungsanlagen praktisch durchgeführt werden kann. Die Vorrichtung enthält eine waagerechte Zylinderkammer 70 mit einer äußeren ringförmigen Stahlwand 71. Innerhalb der Kammer 70 befinden sich ein oder mehrere Substratträger 72, die axial beabstandet und allgemein lotrecht zur Kammermittelachse angeordnet sind. Jeder der Träger ist ringförmig und zum umlauf um die KammermittelachseReference is now made to FIG. 4 which shows a vertical Shows section of the device constructed according to the invention, by means of which the invention is shown to great advantage in high volume, mass production ion plating equipment can be carried out. The device includes a horizontal cylinder chamber 70 with an outer annular one Steel wall 71. Within chamber 70 are one or more substrate supports 72 that are axially spaced and general are arranged perpendicular to the chamber center axis. Each of the supports is ring-shaped and rotates around the central axis of the chamber
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gelagert. An den Trägern 72 sind mittels Klips oder dergleichen (nicht gezeigt) eine Anzahl zu plattierender Substrate 56 gelagert. Für kleinere zu plattierende Substrate kann eine Anzahl der Substrate in geeignete Behälter oder dergleichen geladen und die Behälter dann an dem Substratträger gelagert werden. Die Substrate können auch auf den Trägern zur Ausführung einer individuellen Drehbewegung gelagert werden, um eine Planetenbewegung zu erzielen. Auf der Mittelachse der Kammer entlang befindet sich eine Anzahl Plattierungsquellen, wie beispielsweise die Plattierungsquelle 13. Die Plattierungsquelle 13 enthält eine Anzahl Widerstandsheizelemente 20, von denen jedes Plattierungsmaterial 22 tragt. Die Elemente 20 werden durch eine Anzahl leitender La-'ger 21 gelagert, die die Form von Kupferstangen annehmen. Es ist ein Transformator 57 vorgesehen zum Anlegen eines Wechselstroms von 6 0 Hertz an die leitenden Lager 21 über geeignete Filter zur Erwirkung einer Erwärmung der Widerstandsheizelemente und Verdampfung des Plattierungsmaterials 22.stored. A number of substrates 56 to be plated are mounted on the carriers 72 by means of clips or the like (not shown). For smaller substrates to be plated, a number of the substrates can be loaded into suitable containers or the like and the containers are then stored on the substrate carrier. The substrates can also be placed on the supports for the execution of an individual Rotary movement are stored in order to achieve a planetary motion. Located along the central axis of the chamber is a number of plating sources, such as plating source 13. Plating source 13 includes a number Resistance heating elements 20, each of which is cladding material 22 wears. The elements 20 are supported by a number of conductive bearings 21 stored, which take the form of copper bars. It is a transformer 57 is provided for applying an alternating current of 60 hertz to the conductive bearings 21 through suitable filters for heating the resistance heating elements and Evaporation of the plating material 22.
Das mittlere leitende Lager 21 ist ebenso über den KondensatorThe middle conductive bearing 21 is also across the capacitor
36 an die Hochfrequenzenergiequelle 11 und über den Induktor36 to the high frequency power source 11 and through the inductor
37 an die Gleichstromspannungsquelle 12 angeschlossen. Aufgrund der Tatsache, daß eine Anzahl Widerstandsheizelemente 20 vorgesehen sind, ist die Plattierungsquelle 13 der Fig. 4 geeignet, eine hohe Konzentration des verdampften Plattierungsmaterials innerhalb der Kammer zu gewährleisten, um wiederum, die Bildung positiver Plattierungsionen in einem Maße zu ermöglichen, das37 is connected to the DC voltage source 12. Because of the fact that a number of resistive heating elements 20 are provided, the plating source 13 of Fig. 4 is suitable, to ensure a high concentration of the vaporized plating material within the chamber in order to, in turn, promote the formation of positive plating ions to an extent that
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geeignet ist für eine hochgradige Plattierung, wie sie bei hochvolumigen Plattierungsanlagen erforderlich ist.is suitable for high-grade plating, as in high volume plating equipment is required.
Der Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 4 erfolgt wie für die Ausführungsformen der Fig. 1 und 3 beschrieben. Zu diesem Zweck sind die Ventile 26 und 31 für die Evakuierung der Kammer 70 und für den Einlaß eines inerten Gases in die Kammer vorgesehen.The operation of the device according to FIG. 4 takes place as for the embodiments 1 and 3 described. For this purpose the valves 26 and 31 are for the evacuation of the chamber 70 and for the inlet of an inert gas into the chamber is provided.
Diese Anordnung vereinfacht in starkem Maße die praktische An-This arrangement greatly simplifies the practical
passung einer gasfreien Ionenplattierung an hochvolumige Pro- ! fitting of a gas-free ion plating to high-volume pro !
duktionsanlagen. Die elektrischen Kraftlinien des elektrischen Feldes zwischen der Plattierungsquelle 13 und den Substraten 56 mit der Bildung einer positiven Gleichstromvorspannung auf der Plattierungsquelle relativ zu den Substraten sind im wesentlichen identisch mit bei der bekannten Anwendung einer negativen Gleichstromvorspannung auf die Substrate sind im wesentlichen identisch mit derjenigen, die mit der bekannten Anwendung einer negativen Gleichstromvorspannung auf die Substrate erzielt wird. Jedoch war es bei den im vorhergehenden genannten bekannten Verfahren nicht nur erforderlich, die Substrate elektrisch von der Kammer zu isolieren, sondern eswurde auch zwischen den Substraten und der geerdeten Kammer ein weiteres elektrisches Feld erzeugt. Da die Kammer und die Substratlagerstruktur beide auf dem Erdpotential sind (und auch die Substrate wenn, leitend), ist dies weitere elektrische Feld aufgrund der vorliegenden Erfindung ausgeschaltet worden. Dies weitere elektrische Feld trug wenig zum Ionenplattierungs-production plants. The electric lines of force of the electric field between the plating source 13 and the substrates 56 with the establishment of a positive DC bias on the plating source relative to the substrates are substantial identical to the known application of negative DC bias on the substrates are essentially identical to those obtained with the known application of a negative DC bias is achieved on the substrates. However, it was not in the aforementioned known methods only required to electrically isolate the substrates from the chamber, but it was also grounded between the substrates and the Chamber creates another electric field. Because the chamber and the substrate support structure are both at ground potential (and also the substrates if conductive) this is further electrical Field has been turned off due to the present invention. This wider electric field contributed little to the ion plating
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verfahren bei. Infolgedessen gestattet die vorliegenden Erfindung die Bildung brauchbarer elektrischer Felder innerhalb der Kammer unter Ausschaltung derjenigen Felder,die bei der Ionenplattierung nicht brauchbar sind. Die vorliegende Erfindung schafft daher ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Plattieren eines Substrats durch gasfreie Ionenplattierung durch Ausschaltung der bisher bestehenden Notwendigkeit zur Isolierung der Substrate von irgendeinem Abschnitt der Kammer. proceed with. As a result, the present invention allows useful electric fields to be established within the chamber eliminating those fields that are not useful in ion plating. The present invention provides hence, an improved method and apparatus for plating a substrate by gas-free ion plating by eliminating the heretofore need to isolate the substrates from any portion of the chamber.
Es wird nunmehr auf Fig. 5 Bezug genommen, welche eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt. Es ist wiederum eine Kammer 10 mit einem Glasglockentiegel 14 vorgesehen, der einen äußeren metallischen Schutzschild 15 und einen inneren leitenden Überzug 17 aufweist. Der metallische Schutzschild 15 ist an das Erdpotential gelegt.Reference is now made to FIG. 5 which shows another Embodiment of the invention shows. It is a chamber again 10 is provided with a glass bell jar 14 which has an outer metallic protective shield 15 and an inner conductive one Has coating 17. The metallic protective shield 15 is connected to the earth potential.
Innerhalb der Kammer 14 ist eine Plattierungsquelle 13 gelagert mit einem Widerstandsheizelement 20, welches durch leitende Lager 21 gestützt ist. Das Widerstandsheizelement 20 lagert-wiederum das Plattierungsmaterxal 22. Auf der Bodenwand 16 der Kammer 10 ruht ein Isolator 60μ welcher eine leitende Substratlagerung 65 stützt, die ein Substrat 66 lagert, welches leitend oder isolierend sein kann.A plating source 13 is stored within the chamber 14 with a resistance heating element 20 which is supported by conductive bearings 21. The resistance heating element 20 is in turn supported the plating material 22. On the bottom wall 16 of the chamber 10 rests an insulator 60μ which holds a conductive substrate 65 which supports a substrate 66 which is conductive or insulating can be.
Eine der leitenden Lagerungen 21 ist über den Kondensator 36 anOne of the conductive bearings 21 is on via the capacitor 36
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eine Hochfrequenzenergiequelle 11 gekoppelt. Die Substratlagerung 65 ist über den Induktor 37 an die negative Klemme einer Gleichstromspannungsquelle 62 gekoppelt.a high frequency power source 11 is coupled. The substrate mounting 65 is connected to the negative terminal of a direct current voltage source via the inductor 37 62 coupled.
Die Vorrichtung nach Fig. 5 enthält auch das Meßventil 26r welches an eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) angeschlossen ist, um das Innere der Kammer zu evakuieren. Das Ventil 31 ist auch vorgesehen zum Einlassen eines inerten Gases in das Innere der Kammer 10, falls eine Reinigung des Substrats 65 vor dem Platbierungsverfahren erforderlich sein sollte.The apparatus of Fig. 5 also contains the metering valve 26 r which (not shown) to a vacuum pump is connected to evacuate the interior of the chamber. The valve 31 is also provided for admitting an inert gas into the interior of the chamber 10 should it be necessary to clean the substrate 65 prior to the plating process.
Der Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 5 ist im wesentlichen iden-' tisch mit dem Betrieb der Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 4, abgesehen davon, daß anstatt der Einprägung einer positiven Gleichstromspannung, auf der Plattierungsquelle 13 eine negative Gleichstromvorspannung auf der Substratlagerung 65 eingeprägt wird. Während des Plattierungsverfahrens verursacht die negative Glcichstromvorspannung auf der Substratlagerung 65 und auf der automatischen Vorspannungswirkung eines isolierenden Substrats die Entwicklung einer positiven Gleichstromvorspannung der Plattierungsquelle 13 relativ zu dem Substrat 66, was wiederum das Beschleunigungsfeld der positiven Plattierungsionen entwickelt, um die positiven Plattierungsionen in dem Plasma. 40 in Richtung auf das Substrat 66 zu beschleunigen, um darauf eine Plattierung zu bilden. Während es in dieser Ausführungsform erforderlich ist, die Substratlagerung 65 von der Kammer 10 elektrisch zu isolieren, wird doch darauf hingewiesen, daß durch Kopplung der Hochfrequenz-The operation of the device according to FIG. 5 is essentially identical table with the operation of the device according to FIGS. 1 to 4, apart from the fact that instead of impressing a positive direct current voltage on the plating source 13, a negative direct current bias voltage is impressed on the substrate mounting 65. During the plating process, the negative DC bias causes on the substrate support 65 and on the automatic biasing action of an insulating substrate, the development of a positive DC bias of the plating source 13 relative to the substrate 66, which in turn develops the accelerating field of the positive plating ions to the positive plating ions in the plasma. 40 in the direction of the substrate 66 in order to achieve plating thereon form. While it is required in this embodiment, to electrically isolate the substrate storage 65 from the chamber 10, it is pointed out that by coupling the high-frequency
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energioqiiGllG 11 an die Plattierungsquelle 13 die beim Stand der Technik bestehenden Schwierigkeiten des Anlegens einer Hochfrequenzenergio an die zu plattierenden Substrate doch vermieden werden. Während daher die Durchführung der Erfindung nach der Ausführungsform der Fig. 5 nicht so bequem ist wie bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 4, stellt die Ausführungsform nach Fig. 5 dennoch eine bedeutende Verbesserung in der Technik der gasfreien Ionenplattierung dar.energioqiiGllG 11 to the plating source 13 at the state of Technique existing difficulties of applying a high frequency energio on the substrates to be plated can be avoided. Therefore, while carrying out the invention according to the embodiment 5 is not as convenient as in the embodiments of FIGS. 1 to 4, the embodiment represents 5 nevertheless represents a significant improvement in the art of gas-free ion plating.
Aus dem obigen ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung ein neues und verbessertes gasfreies Ionenplattierungsverfahren schafft. Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung gestatten ein Plattieren von Substraten in hochvolumiger Massenproduktion, was erheblich einfacher durchzuführen ist als bei den bekannten Verfahren, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die zu plattierenden Substrate nicht mehr von der Vorrichtungskammer elektrisch isoliert zu werden brauchen. Ferner ist die Anlegung einer Hochfrequenzonergie an die einzelnen zu plattierenden Substrate nicht mehr erforderlich und kann gemäß der vorliegenden Erfindung an die Plattierungsquelle allein angelegt werden, um die Anpassung der gasfreien Ionenplattierung an hochvolumige Plattierungsanlagen weiter erheblich zu vereinfachen.From the above it can be seen that the present invention is a new and improved gas-free ion plating process creates. The method and the device according to the invention allow plating of substrates in high volume mass production, which is much easier to carry out than in the known method, due to the fact that the to plating substrates no longer need to be electrically isolated from the device chamber. Furthermore, the creation a high frequency energy to the individual substrates to be plated is no longer required and can be applied to the plating source alone in accordance with the present invention to further simplify the adaptation of gas-free ion plating to high-volume plating systems considerably.
Während das durchzuführende Verfahren als "gasfreies Ionenplattieren" bezeichnet wird, sollte doch beachtet werden, daß ein niedriger Druck eines reaktiven Gases zur Anwendung kommen kann, um besondere Überzüge zu erzeugen. Wenn beispielsweise ein Überzug ausWhile the process to be carried out is called "gas-free ion plating" is referred to, it should be noted that a low pressure of a reactive gas can be used to special To produce coatings. For example, if a coating is off
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Aluminiumoxid erwünscht ist, dann kann das Alüminiumoxidmatorial j in die Verdampfungsquelle eingebracht werden. Wenn das Aluiiün.i.iimoxidmaterial verdampft und anschließend ionisiert wird, dann bildet ein Teil' des Sauerstoffs atomaren oder molekularen Sauerstoff und tritt durch die Vakuumpumpe aus der Kammer aus.Es ist daher ein Eintritt von, Oxygengas bei geringem Druck wünschenswert, um das entwichene Oxygengas zu ersetzen. Eine wahlweise mögliche Auflagerungstechnik würde darin bestehen, Aluminiummaterial . in der Verdampfungsquelle zu verwenden und durch Einführung von Sauerstoff in die Kammer während des Plattierungsverfahrens die Bildung von Aluminiumoxid in dem Plasma oder auf der Substratoberfläche zu gestatten. Ähnliche Techniken können zur Bildung von Nitriden, Karbiden usw. verwendet werden. Im all-Aluminum oxide is desired, then the aluminum oxide material j be introduced into the evaporation source. When the aluminum oxide material evaporated and then ionized, then some 'of the oxygen forms atomic or molecular oxygen and exits the chamber through the vacuum pump. Es Therefore, an entry of oxygen gas at low pressure is desirable in order to replace the escaped oxygen gas. One optional possible overlay technique would be aluminum material . to use in the evaporation source and by Introduction of oxygen into the chamber during the plating process to allow the formation of alumina in the plasma or on the substrate surface. Similar techniques can be used can be used to form nitrides, carbides, etc. In space-
—4 gemeinen ist ein Teildruck des reaktiven Gases von 5 χ 10 T ausreichend für reaktive oder Make-up-Gasplattierung.—4 what is common is a partial pressure of the reactive gas of 5 10 T sufficient for reactive or makeup gas plating.
Auch kann eine Niederdruckrückfüllung mit Argon, wieder bis zuA low pressure backfill with argon, again up to
-.4-.4
einem Druck von etwa 5 χ 10 T, wenigstens in zwei Weisen hilfreich sein. Da erstens die Ionisierung in dem Plasma eine direkte Funktion der Dichte der Moleküle in der Kammer ist, liegt es auf der Hand, daß während der Erwärmung der Verdampfungsquelle nur eine geringe Ionisierung stattfindet. Sodann weist das zuerst verdampfte Material wahrscheinlich weniger Haftung auf, und zwar wegen des geringen Prozentsatzes der Ionisierung. Die Gegenwart einer geringen Menge Argon kann dies beheben durch Eingrenzung des Plasmas und Erzeugung einer höheren Molekulardichte bei Beginn der Ablagerung. Das ARgon kann ausgeschaltet werden, sowiea pressure of about 5 χ 10 T, helpful in at least two ways be. First, there is a direct ionization in the plasma Function of the density of the molecules in the chamber it lies on hand that during the heating of the evaporation source only little ionization takes place. Then the material evaporated first is likely to have less adhesion, namely because of the low percentage of ionization. The presence of a small amount of argon can remedy this by containment of the plasma and generation of a higher molecular density at the start of the deposition. The ARgon can be turned off as well
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die Ablagerung eingesetzt hat. Zweitens kann, obwohl gasfreie Ioneriplattierung tatsächlich eine dreidimensionale Deckung ergibt, ein höherer Grad an Gleichmäßigkeit über stark unregelmäßigen Oberflächen erzielt werden durch Anwendung eines geringen Druckes eines inerten Gases wie Argon.the deposit has started. Second, although gas-free Ioner plating actually results in a three-dimensional coverage, a higher degree of uniformity over highly irregular surfaces can be achieved by applying a low Pressure of an inert gas such as argon.
Während besondere Ausfuhrungsformen der Erfindung gezeigt und" beschrieben wurden, wird jedoch für Fachleute auf diesem Gebiet klar sein, daß Veränderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können. Es ist daher beabsichtigend, t den beigefügten Ansprüchen alle derartigen Veränderungen und Abwandlungen mit zuumfassen,· die in den wahren Gedanken und Bereich der Erfindung fallen.While particular embodiments of the invention are shown and " however, it will be apparent to those skilled in the art that changes and modifications can be made can. It is therefore intended that the claims appended hereto to include all such changes and modifications, that fall within the true spirit and scope of the invention.
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